箱涵在清水河防洪通道恢復(fù)工程中的應(yīng)用

張真+馬俊松+彭晟+尹炳梅

摘 要：由于清水河昆曲高速以下至入金汁河口河段管網(wǎng)化，基本喪失行洪功能，致使片區(qū)洪澇災(zāi)害頻繁，形成下雨必淹的嚴重局面，嚴重威脅人民群眾生命財產(chǎn)安全，防洪形勢尤為嚴峻。本文對該段河道治理進行了設(shè)計，最終選擇箱涵設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：箱涵 防洪 排澇 河道

1.工程概況

清水河位于昆明主城北市區(qū)，是該片區(qū)重要的防洪排澇河道。目前，清水河源清水庫壩址至昆曲高速公路東側(cè)120m河段已基本完成綜合整治，除局部河段外，河道較為通暢，基本可以順利疏泄河道洪水，由于片區(qū)城市發(fā)展過程中，對清水河作為片區(qū)防洪通道的重要性重視不夠，導(dǎo)致昆曲高速以下至入金汁河口河段管網(wǎng)化，基本喪失行洪功能，致使片區(qū)洪澇災(zāi)害頻繁，形成下雨必淹的嚴重局面，嚴重威脅人民群眾生命財產(chǎn)安全，防洪形勢尤為嚴峻。鑒于目前清水河下段（昆曲高速公路東側(cè)120m至金汁河斷面）已全部管網(wǎng)化，且管網(wǎng)沿線已基本建設(shè)成小區(qū)，不具備沿現(xiàn)有排水管網(wǎng)開挖后恢復(fù)清水河下段河道的行洪功能，因此新建防洪通道（箱涵）工程方案為目前具有實施可行性且投資最小的最佳方案。本次設(shè)計的清水河下段防洪通道恢復(fù)工程總長1161m，箱涵為單孔箱涵，過水寬度4m，箱涵底坡均為3‰，部分地形變化段用跌水銜接；其中k0+305～k0+667段由于地形及其他因素限制，采用鋼筋混凝土管頂管施工，管內(nèi)徑3000mm，壁厚300mm，底坡均為3‰。

2.水文計算

清水河發(fā)源于雙龍鄉(xiāng)園寶山，全長 10.4km，徑流面積11.6km2。清水河小流域?qū)賲T乏水文氣象資料地區(qū)之一，本次計算依據(jù)周邊與工程地暴雨成因基本一致的松華壩50、60年代以來的長系列暴雨資料進行洪水分析，各控制斷面洪水成果根據(jù)《昆明市羊腸小村城中村（昆曲高速以東片區(qū)）改造項目清水河局部置換工程洪水分析評價報告》中的洪水成果采用水文比擬法推求。盡管整治河道為清水河，但因清水河下游匯入金汁河后經(jīng)老李山分洪閘分洪后，一部分洪水由金汁河排泄，一部分分洪進入盤龍江。清水河下段洪水位與金汁河洪水位關(guān)系密切，且開辟新的排水通道后，清水河入金汁河口位置變更為現(xiàn)狀入口上游272m，須復(fù)核入口變更后對金汁河河道行洪能力的影響，故洪水分析內(nèi)容考慮金汁河和清水河兩部分。本次計算根據(jù)松華壩站歷年實測暴雨資料分析，源清水庫入庫洪水計算中其產(chǎn)流和匯流參數(shù)則根據(jù)實測資料并結(jié)合《云南省暴雨徑流查算圖表》綜合分析確定；源清水庫以下區(qū)間洪水考慮城市化對洪水量級的影響，其產(chǎn)匯流參數(shù)根據(jù)昆明城區(qū)河道實測雨洪資料分析的降雨徑流關(guān)系和匯流參數(shù)地區(qū)綜合公式計算，通過計算得出清水河50年一遇箱涵起點處洪水組合洪峰流量15.8m3/s，入金汁河口處50年一遇洪水組合洪峰流量 17.5m3/s。清水河治理后金汁河與清水河交口斷面～老李山分洪閘河段50年一遇洪峰流量均為40.3m3/s。

3.工程任務(wù)及規(guī)模

3.1工程任務(wù)及規(guī)模

本次河道改道工程主要是新建箱涵及涵管頂管工程，工程建筑物主要包括：箱涵、涵管、沉砂池、檢查井、攔污柵、跌坎。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，項目區(qū)段防洪治理工程工程等別為?。ǘ┬?，建筑物級別為V級，防洪標準取50年一遇。

3.2河道洪水分析

水面曲線采用明渠恒定非均勻漸變流公式分段求和法推求。水面曲線計算公式為：

式中：△—上下游水位差（m）；Q—上下游斷面平均流量（m3/s）；K—上下游斷面平均流量模數(shù)，K=AC（RJ）0.5；△S—上下斷面距離（m）。局部水頭損失系數(shù)按經(jīng)驗取0.5。

計算邊界條件：起推水位以該斷面50年一遇洪水位作為金汁河河道沿程洪水位的起始水位。清水河則以入金汁河口斷面金汁河50年一遇洪水位為控制。

控制斷面選擇：同一計算河段內(nèi)河道斷面形狀、底坡及糙率基本一致；每一段內(nèi)水位差不超過0.75m或上下游斷面間距不超過2km；支流匯入口處作為上、下游河段的分界；過水?dāng)嗝嫱蛔?、起控制作用的橋涵、閘壩等作為上、下游河段控制點。清水河河段則結(jié)合地形、道路標高等因素進行斷面選擇，共布設(shè)了21個控制斷面。

河道綜合糙率：參照有關(guān)水力學(xué)中同類護面的經(jīng)驗糙率，河道綜合糙率取0.025。最后通過計算得出清水河下段新建防洪通道（箱涵）沿程洪水位分布示意圖，見圖1。

4.工程設(shè)計

4.1工程布置

本次整治起點為昆曲高速公路東側(cè)120m處，沿盤龍157號路往西南向至盤龍102號路后沿該道路布設(shè)于路面以下，穿昆曲高速后往西北，至101號路后沿101號路往西布設(shè)于該道路路面以下，下穿盤龍1號路和7號路后，于金汁河鉑金大道斷面上游約272m處匯入金汁河。

由于河道治導(dǎo)線沿線地形起伏較大，且受到用地空間的限制，斷面型式采用矩形箱涵（其中k0+305～k0+667為鋼筋混凝土管頂管）；斷面寬度考慮與上游已整治段相銜接，以4.0m為控制；對于河道底坡，考慮到新建河道屬于暗埋的地下箱涵，檢修難度較大，以0.003為控制。頂管段涵管內(nèi)徑采用3000mm，底坡為0.003。

4.2箱涵設(shè)計

箱涵根據(jù)河道水面線計算結(jié)果、箱涵平面及空間布置的綜合考慮，箱涵斷面分為4種斷面類型，斷面類型及箱涵斷面結(jié)構(gòu)尺寸如下：凈高為2m的過路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側(cè)墻計算高度2.6m；凈高為2m的非過路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側(cè)墻計算高度2.6m；凈高為2.7m的非過路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側(cè)墻計算高度3.3m；凈高為3.1m的非過路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側(cè)墻計算高度3.7m。通過內(nèi)力計算，箱涵結(jié)構(gòu)尺寸能滿足承載力和正常使用的要求。箱涵采用C25混凝土，fc=11.9Mp，Ec=2.8×104Mpa；HRB400鋼筋，fsk=360Mp，Es=2.0×105Mpa。涵管采用壁厚為210mm的DN2400鋼筋砼管。endprint

4.3頂管設(shè)計

綜合考慮現(xiàn)場施工條件等要求，本設(shè)計采用頂管施工方案。頂管工作井內(nèi)凈尺寸：Φ9.6m，現(xiàn)澆C25砼鋼筋混凝土壁厚70cm，施工采取分層開挖，逐層支護的辦法，每層澆筑后都形成一個閉合的環(huán)形結(jié)構(gòu)，井壁底部內(nèi)力最大。

4.4沉砂池、攔污柵與檢查井設(shè)計

箱涵K0+001處每孔箱涵各設(shè)1道攔污柵，攔污柵采用柵條焊接，柵條橫向間距為10cm，橫向共設(shè)20條柵條，縱向設(shè)上下2條橫桿，橫桿間距75cm；箱涵K0+003處每孔箱涵各設(shè)1座沉砂池，每個沉砂池寬2m，長3m，深度低于箱涵河底高程1m。沉砂池采用鋼筋砼澆筑，沉砂池后接1#檢查井，可通過1#檢查井進行清淤。箱涵于樁號K0+007、K0+120、K0+240、K0+300、K0+675、K0+800、K0+920、K1+060處分別設(shè)1座檢查井，共設(shè)8座檢查井；檢查井用鋼筋砼澆筑，采用直徑為80cm的雨水井蓋，并沿井壁設(shè)爬梯。

5.結(jié)論

本次清水河下段防洪通道恢復(fù)工程采用箱涵及頂管施工技術(shù)，減少拆遷引起的影響居民生活以及對路面和其他配套設(shè)施的恢復(fù)及賠償。工程建成后，能解決清水河河道周邊的洪災(zāi)問題，使土地資源能夠充分的得到整合利用，為周邊沿岸企業(yè)和人民群眾的生命財產(chǎn)提供防洪安全保證，有利于促進生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟的發(fā)展，對維護社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展具有積極的推動作用。

工程建成后，為確保工程安全，應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)定，在工程保護范圍內(nèi)（即距工程小于50m內(nèi)）禁止從事深孔爆破、打井、鉆探、開采地下水及其他可能危害工程安全的生產(chǎn)建設(shè)活動。不得向河道中任意排放污水及生活垃圾，不得破壞工程結(jié)構(gòu)及其設(shè)施而影響本工程功能。應(yīng)嚴格按照河道水環(huán)境功能要求，加強對排污源的治理工作，保護水質(zhì)。

參考文獻：

[1]陳宇明.淺談雙孔箱涵在城市內(nèi)河整治工程中的應(yīng)用[J].陜西水利，2012（6）：54-56.

[2]羅昊沖，苗原，曹景.頂進箱涵的基坑布置與選擇[J].城市道橋與防洪，2012（9）：121-123.

[3]李軍偉.淺談箱涵施工中支撐與模板的質(zhì)量控制[J].陜西水利2013（4）：61-62.

[4]葛金科，李向陽.軟土地層管幕-箱涵頂進施工新技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2007（5）：40-48.

[5]黃福才，吳換營.ANSYS軟件在現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技，2009（6）：308-313.

[6]陸明，朱祖熹，陳鴻.管幕法箱涵頂進施工工藝的防水設(shè)計探討[J].中國建筑防水，2006（9）：39-42.

[7]李廣英，馬克，周峰.南水北調(diào)輸水箱涵混凝土入倉方式的經(jīng)濟性分析[J].云南水利發(fā)電，2014（S1）：113-116.

[8]徐丹麗.東方渠明渠改箱涵設(shè)計[J]. 廣東水利水電2012（12）：68-71.endprint